微波射频学习笔记1定向耦合器

平行线耦合器一、基本原理两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。二、单节平行线耦合器结构②③①f' r@_r.①为信号输入;②为耦合端口；③为隔离端口；④输出端口；.两线耦合段线长14波长，线宽为50。匹配（耦合部分，可稍细）；.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。三、设计指标.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；.电压驻波比：主要看S11和S22,S33和S44一般较好；.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工精度）；.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；5,方向性=|隔离度|-|耦合度|,①耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。6,承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。四、HFSS仿真验证仿真模型如下:仿真结果如下:

从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB,符合理论，有实际效果，但方向性太差。下图的模型可以和Wilkinson功分器一样，单节1/4波长传输线带宽太窄，宽带需要多节设计。1.单节耦合器（带宽窄）（1）已知耦合度和特征阻抗Z0第一步：算出耦合系数CC=10-M/20（M为耦合度）第二步：算出偶模和奇模的特征阻抗Z0e和Z0oZ0e=Z04（（1+C）/（1-C））Z0o=WQ-c）/（1+C））第三步：算出线长、线宽和耦合度B3=TLIME=GsresysB3=TLIME=Gsresys--CoupledMiurcstripFileUnitsTypeHelpEvenModeOddMode50Zo=sqrt[ZoEffi(Jo]G9.37123C,0373Irrpcdarcc10Coupling,?Wavc0.DI394840.0317205TotalLo^3/in0.399273MinValueCoverHtinU.U1MIHUU.UZS6574-Land.Lass/jn19D5DHighestAccFreq0.002529500.002063avclcngth,inE1J4685716<3.82Z53^IOG.O943.U59t191.2：Synthesize77.37DesiredZuc：:行』liFileUnitsTypeHelpEvenModeOddMode50Zo=sqrt[ZoEffi(Jo]G9.37123C,0373Irrpcdarcc10Coupling,?Wavc0.DI394840.0317205TotalLo^3/in0.399273MinValueCoverHtinU.U1MIHUU.UZS6574-Land.Lass/jn19D5DHighestAccFreq0.002529500.002063avclcngth,inE1J4685716<3.82Z53^IOG.O943.U59t191.2：Synthesize77.37DesiredZuc：:行』liDesiredZoo：SuggestedRange：0to19050软件Genesys中的小工具Tline计算得出（公式计算，过于复杂）（2）已知耦合度和特征阻抗Z0可以直接用小工具：哈哈哈哈哈哈哈，那我为啥还要写（1），哈哈哈哈，太蠢了。

Ill=TUNE=Geresys--CoupledMicrostrpFilmUnitsTypeHelpEvenModeOddMode50Zo=sqrt(ZoEffi(Jo]69.371236.0379Impedance10Coupling,?Wavc0.01394840.0317205TotalLoss/in-Uond.Loss/in0.39927319D5Da.012E295D0.0020G31E1J4685716t3.82Z53^IGG.0943.Ub9t□(SynthesizeMinValueCoverHtinHighestAccFreqavclcngth,inDesiredZu；Ill=TUNE=Geresys--CoupledMicrostrpFilmUnitsTypeHelpEvenModeOddMode50Zo=sqrt(ZoEffi(Jo]69.371236.0379Impedance10Coupling,?Wavc0.01394840.0317205TotalLoss/in-Uond.Loss/in0.39927319D5Da.012E295D0.0020G31E1J4685716t3.82Z53^IGG.0943.Ub9t□(SynthesizeMinValueCoverHtinHighestAccFreqavclcngth,inDesiredZu；DesiredCoupling：SuggestedRange：0toinfinity2.多节耦合器设计设计方法来自于《现代滤波器的结构与设计》第15.5（对称型）、15.6（设计实例）和15.7节（非对称型）。耦合器的设计方法在滤波器的书里，真是有毒…网上查了很多资料，大部分人都是根据这书里的表格做设计，然后在用HFSS优化优化的。多节耦合器有两种结构：一、对称